串联电容式RF MEMS开关设计与制造研究

介绍了一种串联电容式RF MEMS开关的设计与制造。所设计的串联电容式RF MEMS开关利用薄膜淀积中产生的内应力使MEMS桥膜向上发生翘曲,从而提高所设计的开关的隔离度,克服了串联电容式RF MEMS开关通常只有在1GHz以下才能获得较高隔离度的缺点。其工艺与并联电容式RF MEMS开关完全相同,解决了并联电容式RF MEMS开关不能应用于低频段(<10GHz)的问题。其插入损耗为-0.88dB@3GHz,在6GHz以上,插入损耗为-0.5dB;隔离度为-33.5dB@900MHz、-24dB@3GH和-20dB@5GHz,适合于3~5GHz频段的应用。     

聚酰亚胺（PI）树脂在电容式RF MEMS开关制作中的应用

聚酰亚胺树脂(PI)因其良好的平面化特性、在氧气中易灰化、不完全固化易溶解于碱性显影液、在CHF3等离子气氛中有较强的抗蚀性等性质,在电容RF MEMS开关的制作过程中,应用它作为刻蚀保护层和牺牲层,不但可以使工艺过程得到简化,而且可以对开关的介质层尺寸、牺牲层厚度等图形参数起到很好的控制作用.     

介质层充电对电容式RF MEMS 开关的影响

电容式RF MEMS开关介质层电荷累积被认为是导致开关失效的主要原因.基于电容式RF MEMS开关工作过程中电场强度的变化,分析讨论了累积电荷的来源,并推导出相应的计算公式.对于随机性较大的界面极化问题,根据理论计算公式,提出从工艺上减小极化现象发生的解决方案.在讨论影响介质层电荷注入各种因素及相互之间关系的基础上,建立了基于电荷累积的开关寿命预测模型.     

电容式RF MEMS开关开关过程产生的电磁波模型和分析

在电容式RF MEMS开关的动态工作过程中,会有电磁波产生.根据开关膜桥的动态运动模型,把开关工作分成了四个过程,并通过麦克斯韦方程建立了各个过程中产生的电磁波模型,最后通过单元面叠加的方法验证了这一模型.在开关电容充电和膜桥下拉过程中,开关都是产生了电磁波脉冲.尤其是在充电阶段,电磁波峰值为105 A/m的量级,持续时间为3.15×10-8μs.而在开关电容放电过程中,产生的电磁波是时谐波,其频率为23.4 GHz(落在RF信号的频率范围内了).这就提醒了设计者们要增加特殊的滤波电路来过滤掉RF信号中噪声.此外,辐射的电磁波同样对开关周围的电路和器件有影响,这需要进一步的研究.     

发展中的RF MEMS开关技术

从驱动方式和机械结构的角度介绍了不同的RF MEMS开关类型,分析了各类MEMS开关的性能及优缺点,分析了MEMS开关在制作和发展中面临的牺牲层技术、封装技术、可靠性问题等关键技术和问题,介绍了MEMS开关的发展现状及其在组件级和系统级的应用,以及对MEMS开关技术的展望。     

电容式RF开关介电电荷及相关可靠性模型及模拟

就介电电荷以及它对电容式RF MEMS开关可靠性的影响进行了分析,在前人的基础上建立起了一个更加全面和准确的介电电荷积累及其相关可靠性模型.介电电荷的产生是由于电介质中有漏电流(Ohmic电流、Frenkel-Poole电流),漏电流中电荷被介质陷阱捕获,进而导致电荷的积累.由此得到了介电电荷随时间的积累公式、开关失效寿命公式以及介电击穿寿命公式,其结果具有一定参考价值.     

宽带直接接触式RF MEMS开关

本文提出一种静电驱动直接接触式宽带MEMS开关,包含CPW传输线、双U型金属悬臂梁、触点和锚区,兼顾了开关接触可靠、克服微结构粘连和低驱动电压三大结构可靠性设计因素。本开关为三端口开关,使用低温表面微机械工艺,制作在400μm厚的高阻硅衬底上,芯片尺寸0.8mm×0.9mm。样品在片测试结果表明,在6GHz频点,开关本征损耗0.1dB,隔离度24.8dB,等效开关接触电阻0.6Ω,关态电容6.4fF,开关时间47μs,开关驱动电压为20-60V。     

RF MEMS悬臂梁开关的设计与仿真

利用有限元软件HFSS和ANSYS系统研究了串联MEMS开关的微波性能和力学性能与其结构参数之间的关系,并在此基础上优化出悬臂梁开关的几何结构参数,设计了RF MEMS开关,实验表明：在外施电压为10V左右时,悬臂梁的挠度可达3μm左右,5GHz时,回波损耗小于0．2dB,隔离度大于35dB。     

新型电容式湿度传感器简介

本文介绍了一种新型高分子有机聚酰亚胺电容式湿度传感器的工作原理，简便标定方法及应用。     

RF MEMS开关在牺牲层工艺上的改进

通过对传统的RF MEMS开关采取在信号线上电镀桥墩、改进桥梁的形状以及在桥背面设计接触点的新颖方法,使得RF MEMS开关的下拉电压减小、开关时间缩短和可靠性提高.在工艺上,特别采用了对聚酰亚胺牺牲层进行全刻蚀和半刻蚀的改进加工流程来实现桥背面的接触点.测试结果表明:开关的下拉电压为28V,最低开关时间为0.8μs,开关寿命达7×105次,0～10GHz的插入损耗在0～0.5dB,隔离度为35～45dB.     

Design and simulation of a thermally actuated MEMS switch for microwave circuits

The design, modeling, and optimization of a novel, thermally actuated CMOS‐MEMS switch are presented in this article. This series capacitive MEMS switch solves the substrate loss and down‐state capacitance degradation problems commonly plaguing MEMS switches. The switch uses finger structure for capacitive coupling. The vertical bending characteristic of bimorph cantilever beams under different temperatures is utilized to turn the switch on and off. A set of electrical, mechanical, and thermal models is established, and cross‐domain electro‐thermo‐mechanical simulations are performed to optimize the design parameters of the switch. The fabrication of the switch is completely CMOS‐process compatible. The design is fabricated using the AMI 0.6 μm CMOS process and a maskless reactive‐ion etching process. The measured results show the insertion loss and isolation are 1.67 and 33 dB, respectively, at 5.4 GHz, and 0.36 and 23 dB at 10 GHz. The actuation voltage is 25 V and the power consumption is 480 mW. This switch has a vast number of applications in the RF/microwave field, such as configurable voltage control oscillators, filters, and configurable matching networks. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Int J RF and Microwave CAE, 2009.     

一种平板式MEMSRF射频开关的设计

介绍了一种实用的平板电容式MEMSRF射频开关。研究了外加驱动电压与由此所引起的极板间距和极板受力变化之间的非线性关系,提出了一种有效的基于有限元的设计分析方法,在此基础上设计了相应的MEMS加工工艺流程,并给出了具体的MEMS工艺。     

基于分布式射频MEMS移相器电容开关的分析与设计

通过分析MEMS电容开关的工作原理,设计出一种适合分布式射频MEMS移相器电路的新型电容开关.采用Intel lisuiteTM软件优化电容开关的驱动电压、响应时间、释放时间和机械振动模式.结果表明,开关驱动电压为2.5 V、响应时间小于30μs,释放时间大于60 μs和所有振动模式固有频率都大于15 KHz.与普通开关结构比较,该新型电容开关结构具有优越射频机电性能和响应时间,同时也对电容开关的制备工艺进行分析.